改进的定位设备和方法与流程

本发明涉及用于表面不规则性的定位设备和方法领域，特别是用于检查晶片和芯片、比如半导体晶片。

背景技术：

1、半导体晶片通常是非常薄的圆形物体，旨在其上设置比如芯片、晶体管、逻辑门等结构。在许多应用中，有必要检查此类晶片的表面和/或设置在其上或其中的结构是否存在缺陷。

2、晶片检查在半导体行业的大部分领域中一直未受到足够重视，而在制造工艺流程中更早发现缺陷的需求下，正变得越来越关键。随着关键尺寸缩小，发现这些缺陷变得更加困难。在裸晶片上实际检测出更小的缺陷更加困难，需要处理的数据更多，并且更快地进行处理和检查的压力也更大。虽然所有这些问题都有解决方案，但每个解决方案都伴随着成本。通常，晶片检查分为两类，即无图案的和有图案的。简单来说，无图案晶片检查是在未经加工的或裸硅晶片上寻找缺陷。本发明特别地涉及无图案晶片检查，但也可用于有图案晶片检查。

3、检查晶片、包括有图案和无图案的晶片的一种方式是将光照射到晶片表面上，优选地是激光，并观察由此产生的反射光。反射光相对于预期性质的偏差，例如关于角度、振幅、衍射、干涉等方面，则提供关于晶片表面缺陷的信息。为了允许进行此类光学检查，需要将晶片非常精确地定位，以确保偏差是由表面缺陷引起的，而不是由晶片定位系统的不准确引起的。这在光束和/或光检测器具有小焦区、即光束聚焦到预定距离且误差很小和/或光检测器同样聚焦到这样的预定距离且误差很小的情况下特别重要。与其改变光束和/或光检测器的焦区，可能更优选的是改变被检查表面的位置。

4、本发明的目标是提供一种精确的定位设备，允许精确地定位晶片或芯片。本发明的优选应用场合是在高吞吐量和合理成本下发现晶片或芯片上的缺陷。

5、专利文献us6,700,249b1公开了一种直接驱动垂直升降和旋转台，其包括具有中心开口的环形z轴壳体、支承在z轴壳体中心开口内的z轴转子组件、位于z轴壳体和z轴转子之间的电机、具有中心开口的环形θ轴壳体、支承在θ轴壳体中心开口内的θ轴转子组件、以及位于θ轴壳体和θ轴转子之间的电机。

6、专利文献us10,481,102b2公开了一种多轴定位系统，其可以与检查系统结合使用，并且包括与多个轴对应的多个位置传感器以及同样与多个轴对应的多个电机，以提供高精度、高载荷和长行程，用于在多达6个自由度上可控地移动物体。该多轴定位系统的一些实施例可以包括x-y平台组件、联接到x-y平台组件的底板组件、联接到底板组件的顶板组件、以及固定到顶板组件的卡盘，其中多个位置传感器配置为测量x-y平台组件和顶板组件之间的位移。

7、本发明旨在通过提供一种定位设备来改进现有技术的系统和方法，该定位设备允许在高达100hz（6000rpm）的高转速下进行精确的晶片检查。在此注意，晶片优选地可以连续旋转大量周期，即晶片的旋转不一定限于360°或更小。然而，本发明也可用于旋转轴在例如施加于基板的生产或计量工艺期间保持静止的工艺；例如晶片、管芯或芯片。在这些应用中，定位设备可以用于在例如生产或计量工艺步骤之间重新定位基板。

技术实现思路

1、本发明涉及如权利要求1所述的定位设备、如权利要求13所述的定位方法以及如权利要求15所述的晶片检查方法。本发明的进一步实施例在其他权利要求和本说明书中描述。

2、理想地，晶片检查、特别是无图案晶片检查，通过以尽可能高的频率围绕其轴线旋转晶片来执行，以减少处理时间。如上所述，检查晶片、包括有图案和无图案的晶片的一种方式是将光照射到晶片表面上，优选地是激光，并观察由此产生的反射光。反射光相对于预期性质的偏差，例如关于角度、振幅、衍射、干涉等方面的偏差，则提供关于晶片表面缺陷的信息。晶片的旋转可以与激光束的径向运动结合，该径向运动即激光束从晶片轴线离开和/或朝向晶片轴线的运动。旋转运动和径向运动的结合允许扫描晶片的基本上全部表面。

3、然而，如果定位设备的旋转轴不与晶片轴线完全平行，即如果晶片倾斜，晶片将以与定位设备频率基本相同的频率摆动。这种摆动需要通过高速调整晶片的高度来补偿，此处高度是指沿旋转轴线的位置。晶片的平面内定位的其他偏差也可以被补偿，例如：

4、- 具有鞍形的晶片；

5、- 在不同位置具有预定厚度差异的晶片；

6、- 等等。

7、由于转子和定子之间的轴承允许转子相对于定子进行旋转运动和轴向运动，加上旋转致动器和线性致动器的解耦，其中两个致动器都配置为引起转子相对于定子的相应运动，因此本发明能够非常快速地改变转子的高度。注意，使运动解耦的现有技术通常涉及第一级和第二级，第一级包括在静止部件上的第一运动部件，第二级包括在第一运动部件上的第二运动部件。显然，这与本发明形成对比，在本发明中，线性致动器和旋转致动器各自具有附接到定子的静止部件，该静止部件与附接到转子的移动部件相互作用，以引起转子相对于定子的相应运动。

1.一种用于检查晶片和芯片的定位设备（1），包括转子（2）和定子（3），所述转子包括转子轴线（a），所述转子轴线限定出高度方向，其中所述转子（2）通过轴承（4）与所述定子接合，所述轴承配置为允许所述转子（2）围绕所述转子轴线的旋转运动以及沿所述转子轴线的轴向运动，

2.根据权利要求1所述的定位设备，其特征在于，所述轴承是空气轴承，所述空气轴承包括所述定子的内表面（15）与所述转子的外罩表面（11）之间的周向狭缝。

3.根据权利要求2所述的定位设备，其特征在于，所述空气轴承包括设置在所述定子中的一个或多个初级多孔区段、一个或多个初级节流孔和/或一个或多个初级馈送孔（25），并且所述空气轴承配置为允许将加压空气提供到所述周向狭缝，和/或其中所述空气轴承包括设置在所述定子中的一组初级径向管道（12、13），每个初级径向管道从所述定子的外表面（14）延伸到所述定子的所述内表面（15），优选地配置为允许流体、优选空气从所述周向狭缝逸出到外部大气。

4.根据权利要求2或3中任一项所述的定位设备，其特征在于，所述空气轴承包括设置在所述转子的所述外罩表面（15）或所述定子的内罩中的一个或多个周向凹槽（16），所述凹槽配置为接收来自周向狭缝和/或周向环的加压流体，并允许加压空气优选地经由所述初级径向通道排到大气中。

5.根据权利要求2至4中任一项所述的定位设备，其特征在于，所述设备包括设置在所述转子的所述外罩表面（15）中的周向边沿（17）、以及设置在所述定子内表面（15）中的对应周向边沿（18），其中周向环由以下限定：

6.根据前述权利要求中任一项所述的定位设备，其特征在于，所述处理器配置为：

7.根据前述权利要求中任一项所述的定位设备，其特征在于，所述旋转致动器（5a、5b）是机电致动器，包括所述静止致动器部件（5a）和所述移动致动器部件（5b），优选地所述静止致动器部件和所述移动致动器部件包括磁体、电磁体、电磁线圈、永磁体、磁性材料或其任意组合。

8.根据前述权利要求中任一项所述的定位设备，其特征在于，所述转子包括台子（6），优选地包括卡盘。

9.根据前述权利要求中任一项所述的定位设备，其特征在于，所述静止线性部件和所述移动线性部件包括磁体、电磁体、电磁线圈、永磁体、磁性材料或其任意组合，更优选地其中所述线性高度致动器是音圈致动器或包括音圈致动器。

10.根据前述权利要求中任一项所述的定位设备，其特征在于，所述线性高度致动器包括基本上沿所述高度方向从所述定子延伸到所述转子的台管道、以及配置为密封所述台管道从而允许流体在所述转子与所述定子之间流动而不泄漏的旋转接头，或者其中所述转子包括一个或多个转子台管道，所述一个或多个转子台管道包括从所述转子的轴向端部延伸到所述转子（2）在所述空气轴承的周向狭缝层面处的一部分中的轴向部分（41），并且所述一个或多个转子台管道包括将所述轴向部分（41）流体连接到设置在所述转子（2）的外罩表面和/或所述定子（3）的内罩表面中的周向凹槽（43）的径向部分（42），其中所述定子（3）包括流体连接到所述周向凹槽的一个或多个定子台管道（44）。

11.根据前述权利要求中任一项所述的定位设备，其特征在于，所述z位置测量部件是z编码器，所述z编码器优选地包括沿所述高度方向设置在所述转子的周向表面上的一组周向刻度标记（21）、以及配置为读取所述周向刻度标记的高度位置的z传感器（22），所述z传感器附接到所述定子。

12.根据前述权利要求中任一项所述的定位设备，其特征在于，所述z位置测量部件包括共焦传感器、激光干涉仪、电容探针、电感传感器、电感编码器、激光传感器、配置为测量基板与固定参考部之间间隙的间隙测量传感器、或其任意组合。

13.根据权利要求12所述的定位设备，其特征在于，所述z位置测量部件包括激光干涉仪。

14.根据前述权利要求中任一项所述的定位设备，其特征在于，所述rt位置测量部件是rt编码器，所述rt编码器优选地包括沿周向方向设置在所述转子的周向表面上的一组轴向刻度标记（23）、以及配置为读取所述轴向刻度标记（23）的角位置的rt传感器（24），所述rt传感器附接到所述定子。

15.一种用于定位基本上平坦的基板、优选晶片或芯片的定位方法，包括以下步骤：

16.根据权利要求15所述的定位方法，其特征在于，使用根据权利要求1至14中任一项所述的定位设备来执行。

17.一种晶片检查方法，包括执行权利要求15或16中任一项所述的方法，其中所述基板是晶片，所述晶片检查方法还包括以下步骤：